KAIST는 기계공학과 김산하 교수 연구팀이 탄소나노튜브를 연마재로 활용한 ‘나노 사포’ 기술을 개발했다고 13일 밝혔다.

이는 반도체 표면을 원자 수준까지 균일하게 가공할 수 있는 정밀 평탄화 기술이다.

기존 반도체 제조에서는 화학기계연마 방식이 사용됐다. 연마 입자를 액체에 분산한 슬러리를 사용해 추가 세정 공정이 필요하고 폐기물이 많이 발생하는 문제가 있었다.

연구팀은 탄소나노튜브를 수직 정렬한 뒤 폴리우레탄 내부에 고정하고 일부만 노출시키는 구조를 적용했다. 연마재가 구조적으로 고정돼 이탈을 억제하고 표면 손상을 줄였다. 반복 사용에서도 안정적인 성능을 유지했다고 대학측은 설명했다.

나노 사포의 연마재 밀도는 기존 상용 제품보다 약 50만배 높다. 입방수 기준으로 10억 이상을 구현해 수 나노미터 수준의 가공이 가능했다. 이는 원자 몇 개 두께에 해당하는 정밀도다.

실험에서 거친 구리 표면을 나노미터 단위로 평탄화했고 반도체 패턴 가공에서는 디싱 결함을 최대 67% 줄였다. 디싱은 배선 중앙이 움푹 파이는 현상으로 고대역폭메모리 등 첨단 반도체 성능에 영향을 준다.

슬러리를 사용하지 않아 세정 공정을 줄일 수 있고 폐슬러리 발생이 없어 친환경 공정 전환 가능성도 제시했다.

연구팀은 기술이 고대역폭메모리 평탄화와 하이브리드 본딩 공정에 적용될 수 있다고 밝혔다.

김 교수는 “일상적 사포 개념을 나노 정밀 가공 기술로 확장한 연구”라며 “반도체 성능 향상과 친환경 제조 공정에 기여할 것”이라고 말했다.

이번 연구는 삼성휴먼테크논문대상 금상을 수상했으며 국제 학술지 ‘어드밴스드 컴포짓 앤 하이브리드 머티리얼즈’ 1월 8일자에 게재됐다. 연구는 한국연구재단 중견연구자지원사업·이노코어 사업 등의 지원을 받아 수행됐다.